【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鈉金屬電池，具體涉及一種用于低溫鈉金屬電池復合負極及其制備方法。
技術介紹
1、隨著社會經濟的飛速發展，電子產品和便攜設備廣泛融入人們的生活，這使得對高效且經濟的能源儲存系統的需求愈發迫切。目前，傳統鋰離子電池在能源存儲領域占據著重要地位，然而，由于鋰資源有限且成本持續上漲，促使人們積極尋找可替代的能源存儲解決方案。
2、在此背景下，金屬鈉因其顯著優勢備受關注。金屬鈉理論比容量高，能為電池提供強大的能量存儲能力；電極電勢低，可為電子設備提供較為穩定的電力輸出；同時，成本低廉，與鋰資源相比具有明顯優勢。因此，金屬鈉被認為是鋰金屬負極未來的理想替代者。
3、然而，金屬鈉在應用于電池負極時仍面臨諸多挑戰。一方面，鈉枝晶的不可控生長、體積膨脹以及界面不穩定等問題致使鈉金屬電池存在庫侖效率低、循環性能差和安全性能低等缺陷。另一方面，在低溫(<-20℃)環境下，鈉金屬界面處離子轉移動力學緩慢，會引發嚴重的容量衰退，甚至導致電池失效。
4、現有專利號為cn109802129b的技術方案公開了一種金屬鈉電池負極材料及其制備方法和應用，該方案雖通過引入納米金屬成核位點來解決鈉枝晶生長問題，但存在制備工藝復雜、危險性高、無法大批量生產的缺陷，且其展現的電化學性能僅在室溫下進行測試，低溫(<-20℃)環境下的電池性能尚不明確。
技術實現思路
1、本專利技術意在提供一種用于低溫鈉金屬電池復合負極及其制備方法，以解決現有技術中存在的制備工藝復雜、
2、為達到上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種用于低溫鈉金屬電池復合負極，包括鈉金屬以及嵌于金屬鈉表面或內部的naf。
3、優選地，金屬鈉和naf的質量百分比為(4.5-5.5):1。
4、本專利技術還提供了另一種技術方案，一種用于低溫鈉金屬電池復合負極的制備方法，包括以下步驟：
5、s1：采用冷凍干燥法制備naf粉末；
6、s2：采用機械輥壓的方式將s1中制備的naf粉末輥壓進金屬鈉箔中，制得naf@na復合負極材料。
7、優選地，s1中，采用冷凍干燥法制備naf粉末，包括以下步驟：
8、s1.1：稱取一定量的naoh，將其溶解于去離子水中；
9、s1.2：向s1.1所得溶液中加入一定量的hf，攪拌15-20min后，再進行冷凍干燥處理，制得naf粉末。
10、優選地，naoh與hf的摩爾比為1：(1-1.03)。
11、優選地，冷凍干燥處理的過程為：先將s1.2中的溶液置于-40℃的環境下冷凍24-28h，然后在冷凍干燥機中干燥48-50h，冷凍干燥機的真空度小于20pa。
12、優選地，s2中機械輥壓的過程為：在不含水氧的手套箱中，將naf均勻地分散在金屬鈉箔上，采用手動輥壓的方式，來回輥壓30-40次，制得naf@na復合負極材料。
13、優選地，s2中，制得的naf@na復合負極材料的厚度為200-400μm。
14、優選地，s1.2中，hf的濃度為20-25mol/l。
15、與現有技術相比，本方案的有益效果為：
16、本技術方案首先采用冷凍干燥的方法制備晶體氟化鈉(naf)材料，隨后通過機械輥壓的方式將其輥壓進金屬鈉箔中，從而制得naf@na復合負極材料。
17、從制備工藝角度分析，冷凍干燥法能夠精準控制naf的形成過程，有力確保其純度和晶體結構的穩定性。在整個制備過程中，既無復雜的化學反應步驟，也無需昂貴的設備投入，操作極為簡便易行。而采用機械輥壓方式將naf嵌入金屬鈉箔中，操作過程同樣較為簡單。
18、從安全性方面考量，與傳統制備方法相比，本方案在制備過程中不涉及高溫高壓以及易燃易爆的化學物質，這極大地降低了安全風險。無論是在實驗室環境還是工業生產中，都能為操作人員提供更加安全可靠的工作條件，有效減少因操作不當而引發安全事故的可能性。
19、在可實現大批量生產方面，該制備方案展現出高度的可重復性和穩定性。冷凍干燥設備和機械輥壓設備均可實現連續化生產，且設備運行成本相對較低。通過合理的工藝流程設計和設備選型，能夠輕松擴大生產規模，滿足市場對產品的大量需求。同時，由于制備工藝簡單、危險性低，在大規模生產過程中能夠更好地保證產品質量的一致性，進而提高生產效率，降低生產成本，為鈉金屬電池復合負極的廣泛應用奠定堅實基礎。
20、naf的引入極大的提高了電解質/na負極界面穩定性，且有效的抑制了鈉枝晶的生長，延長了鈉金屬電池的循環壽命。
21、naf的引入有效的提高了鈉離子在鈉金屬負極界面處的離子轉移動力學，即使在低溫(-40℃)下，使用此復合負極組裝的全電池(naf@na||nvp)也具有較高的放電比容量和循環性能。
22、本技術方案所采用的冷凍干燥法制備的naf粉末呈現出絮狀形態，且合成的絮狀naf粉末接近納米級別，具備柔軟且易變形等特性。在運用機械輥壓方式將其輥壓進金屬鈉箔的過程中，即便naf與na金屬不發生反應，也能夠促使naf在na金屬中均勻分布，并且確保naf@na負極表面平整，不會出現凸起狀況。然而，市售的naf通常呈現為顆粒狀。即便將這種顆粒狀的naf與鈉金屬進行輥壓并使其分布均勻，naf仍然是以顆粒的形態存在于鈉金屬之中，這將會導致naf@na復合負極表面出現naf顆粒凸起，而這種不平整的表面會加劇鈉枝晶的生長，進而產生相反的效果。
23、本技術方案采用naoh與hf按摩爾比為1：(1-1.03)制備naf粉末，使得hf稍微過量，從而使得naoh完全反應，制備的naf純度很高不含有nahf2雜質，而如果將naoh替換成碳酸鈉，碳酸鈉與hf合成的naf中會含有nahf2雜質。
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1.一種用于低溫鈉金屬電池復合負極，其特征在于：包括鈉金屬以及嵌于金屬鈉表面或內部的NaF。
2.根據權利要求1所述的一種用于低溫鈉金屬電池復合負極，其特征在于：金屬鈉和NaF的質量百分比為(4.5-5.5):1。
3.一種用于低溫鈉金屬電池復合負極的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種用于低溫鈉金屬電池復合負極的制備方法，其特征在于：S1中，采用冷凍干燥法制備NaF粉末，包括以下步驟：
5.根據權利要求4所述的一種用于低溫鈉金屬電池復合負極的制備方法，其特征在于：NaOH與HF的摩爾比為1：(1-1.03)。
6.根據權利要求5所述的一種用于低溫鈉金屬電池復合負極的制備方法，其特征在于：冷凍干燥處理的過程為：先將S1.2中的溶液置于-40℃的環境下冷凍24-28h，然后在冷凍干燥機中干燥48-50h，冷凍干燥機的真空度小于20pa。
7.根據權利要求6所述的一種用于低溫鈉金屬電池復合負極的制備方法，其特征在于：S2中機械輥壓的過程為：在不含水氧的手套箱中，將NaF均勻地分散在金
8.根據權利要求7所述的一種用于低溫鈉金屬電池復合負極的制備方法，其特征在于：S2中，制得的NaF@Na復合負極材料的厚度為200-400μm。
9.根據權利要求8所述的一種用于低溫鈉金屬電池復合負極的制備方法，其特征在于：S1.2中，HF的濃度為20-25moL/L。
...【技術特征摘要】
1.一種用于低溫鈉金屬電池復合負極，其特征在于：包括鈉金屬以及嵌于金屬鈉表面或內部的naf。
2.根據權利要求1所述的一種用于低溫鈉金屬電池復合負極，其特征在于：金屬鈉和naf的質量百分比為(4.5-5.5):1。
3.一種用于低溫鈉金屬電池復合負極的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種用于低溫鈉金屬電池復合負極的制備方法，其特征在于：s1中，采用冷凍干燥法制備naf粉末，包括以下步驟：
5.根據權利要求4所述的一種用于低溫鈉金屬電池復合負極的制備方法，其特征在于：naoh與hf的摩爾比為1：(1-1.03)。
6.根據權利要求5所述的一種用于低溫鈉金屬電池復合負極的制備方法，其特征在于：...
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐朝和，鄧彤彤，王榮華，
申請(專利權)人：重慶新型儲能材料與裝備研究院，
類型：發明
國別省市：
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